WO2003055024A1 - Sealing device and sealing method - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on a sealing device and a sealing method according to the type of the independent claims.
- hot assembly for example, in which the spark plug housing is heated to approximately 950 ° C. in the region of a shrink zone after the ceramic insulator has been introduced. In the meantime, the spark plug housing is pressed onto the ceramic insulator by applied forces. When the shrink zone cools down, tensile stresses develop in the spark plug housing compared to the ceramic insulator. Then the applied forces are withdrawn. In this way, the ceramic insulator is sealed gas-tight against the spark plug housing. Another method for gas-tight sealing of the ceramic insulator from the spark plug housing is achieved by a cold assembly method with a powder seal. The ceramic insulator is pressed into the spark plug housing together with a fine ceramic powder.
- the upper edge of the spark plug housing, via which the ceramic insulator was introduced into the spark plug housing, is then flipped over in a flanging process by means of axial forces, so that the spark plug housing also abuts the ceramic insulator at its upper edge and keeps it gas-tight in the spark plug housing.
- the sealing device according to the invention and the sealing method according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the ceramic base body has at least one circumferential groove on an outer wall, in the area of which the housing is pressed onto the ceramic base body in a form-fitting manner.
- the sealing device can be installed at room temperature.
- all common corrosion protection layers such as zinc, transparent chromate coating or corrosion protection lacquer, can be applied to the metallic housing before the sealing device is installed.
- the gas-tight seal is ensured solely by pressing the housing onto the ceramic base body in the region of the at least one groove.
- the ceramic base body can be covered with a smaller cross-sectional area and thus a smaller diameter can be realized. This is particularly advantageous for the use of the sealing device in a spark plug, a glow plug or a lambda probe, since this saves installation space in the cylinder head or in the exhaust system and is therefore available for other components, such as injection valves or cooling channels.
- the ceramic base body is at least partially soldered to the housing. In this way, the gas tightness of the sealing device can be increased.
- a particularly simple method for sealing the ceramic base body in the metallic housing is obtained if the ceramic base body is introduced into the housing essentially coaxially to the housing in a mechanical forming process in a first step and if a reduction or an ironing ring is applied in the second step an outer limit of the housing and is pressed in the radial direction into at least one groove in order to press-fit the housing in the area of the at least one groove on the ceramic base body in a sealing manner.
- This process requires little assembly and tooling.
- the reduction or ironing ring is also pressed tangentially to the at least one groove against the outer edge of the housing, while the ceramic base body is held in the housing against the tangential force.
- the housing in Area of the at least one groove pressed both radially and tangentially to the at least one groove against a boundary wall of the groove, so that a higher gas tightness of the positive connection achieved between the housing and the ceramic base body can be achieved.
- a further increase in gas tightness can also be achieved by heating the housing in the region of the at least one groove before the second step of positively pressing the housing onto the ceramic base body, so that it lengthens, and that after the second step the housing is cooled so that it contracts and tensile stresses are formed in the housing relative to the ceramic base body in the region of the at least one groove.
- This measure also increases the heat tightness of the seal formed between the ceramic base body and the metallic housing.
- Warm tightness is understood to mean tightness, in particular the gas tightness of the sealing device when heated.
- Another advantage is that the housing is heated to around 300 ° C. In this way, all common corrosion protection layers, such as zinc, transparent chromating or corrosion protection lacquer, can be applied before the sealing device or the ceramic base body is sealed in the metallic housing, without these corrosion protection layers reaching their melting point due to the heating.
- all common corrosion protection layers such as zinc, transparent chromating or corrosion protection lacquer
- Another advantage is that the ceramic base body is cooled during the heating of the housing. In this way, the temperature difference between the housing and the ceramic base body is increased, so that the tensile stresses that form after the housing has cooled be increased in the housing compared to the ceramic base body in the area of the at least one groove.
- FIG. 1 shows the process step essential for the sealing method according to the invention
- FIG. 2 shows the sealing device according to the invention formed by such a method.
- FIG. 1 denotes a sealing device, such as can be used for a spark plug, a glow plug or a lambda probe, for example.
- the sealing device is used in an engine compartment, for example in a cylinder head, whereas in the case of a lambda probe it is used in an exhaust pipe.
- the sealing device 1 comprises a ceramic base body 5, which has at least one circumferential groove 20 on an outer wall 15. According to Figure 1, nine circumferential grooves 20 are shown. Figure 1 shows the sealing device 1 to be formed in a longitudinal section.
- the grooves 20 are realized in the form of circumferential constrictions on the outer wall 15, which reduce the cross-sectional area or the diameter of the cross-section of the ceramic base body 5.
- the ceramic base body 5 is inserted or inserted into a metallic housing 10 along a longitudinal axis 45 of the housing 10.
- the ceramic base body 5 has a sealing seat 40, with which it comes to rest on a sealing ring 50 projecting inside the housing 10 when it is inserted into the housing 10.
- the ceramic base body 5 is now essentially coaxial with the housing 10 with respect to the longitudinal axis 45 in the housing 10 according to FIG. 1.
- the housing 10 has a circumferential outer edge 35 in the region of a lowermost groove 55 of the ceramic base body 5 facing the sealing seat 40.
- a reduction or ironing ring 30 is attached to this outer edge 35.
- the inner diameter of the reduction or ironing ring 30 extends from a value that is smaller than the diameter of the outer edge 35 to a value that is larger than the diameter of the outer edge 35.
- the ceramic base body 5 and the housing 10 are arranged essentially rotationally symmetrically and essentially have a circular cross-sectional or circular cross section. If the reduction or ironing ring 30 is placed on the outer edge 35 with its varying inside diameter as described and pressed against the outer edge 35 by a pressing force against the direction of insertion of the ceramic base support 5 in accordance with the direction of the arrow identified by reference numeral 55, then act on the ceramic base body 5 in the area of the grooves 20 radial and tangential forces.
- the radial forces are directed to the longitudinal axis 45 and thus to the grooves 20 and are thus perpendicular to the direction of the arrow 55.
- the tangential forces are tangent to the grooves 20 and thus in the direction of the arrow 55.
- the ceramic base support 5 is in the direction of insertion is identified in FIG. 1 by the reference symbol 60 and thus runs counter to the direction of arrow 55, pressed into the housing 10 and held in the housing 10 in the region of the sealing ring 50 and the sealing seat 40.
- the outer edge 35 is part of a highlight 65 on an outer wall 70 of the housing 10.
- the highlight 65 of the housing 10 extends essentially in the area in which the ceramic base body 5 inserted into the housing 10 has the grooves 20.
- the reduction or ironing ring 30 is displaced in the direction of arrow 55 against the insertion direction 60 starting at the outer edge 35 via the highlight 65 by means of corresponding pressure, so that the housing 10 in the area of the highlight 65 and thus the grooves 20 form-fit onto the ceramic base body 5 is pressed on. Due to the variable inner diameter of the reduction or ironing ring 30 as described, which also assumes smaller values than the diameter of the outer edge 35 and thus the highlight 65 as shown in FIG. 1, the highlight 65 is reduced to this smallest inner diameter of the reduction or ironing ring 30 , This is shown in FIG. 2, in which the positive connection formed in this way between the housing 10 and the ceramic base body 5 after the pressing is illustrated by reference numeral 75.
- the housing 10 nestles to a certain extent in the area of the grooves 20 against the boundary walls of the grooves 20.
- the connection formed between the housing 10 and the ceramic base body 5 in the region of the grooves 20 is also gas-tight, for example up to 20 bar.
- the described method for pressing the housing 10 onto the ceramic base body 5 in the area of the grooves 20 is a mechanical forming process.
- a tangential force like that of The embodiment according to FIG. 1 is shown by the direction of arrow 55, is then not applied in this alternative embodiment.
- a corresponding radial pressure however, a correspondingly gas-tight connection between the housing 10 and the ceramic base body 5 can also be realized in the region of the grooves 20, the housing 10 again being nestled against part of the boundary walls of the grooves 20, as shown in FIG.
- the radial and / or tangential forces described can alternatively or additionally also be realized by a magnetic shaping method in which a correspondingly strong magnetic field is formed in the region of the highlight 65 in a short time, so that the housing 10 is applied to the ceramic base body in the manner described 5 is pressed on.
- the housing 10 can now additionally be provided to heat the housing 10 before the second method step, particularly in the area of the highlight 65.
- the housing 10 is extended in the region of the highlight 65 in the direction of the longitudinal axis 45.
- the housing 10 can be heated before or after the insertion of the ceramic base body 5 into the housing 10. If the housing 10 is then cooled again after the second method step, it contracts in the area of the highlighting 65, so that 20 tensile stresses are formed in the housing 10 relative to the ceramic base body 5 in the area of the grooves. These tensile stresses increase the gas tightness formed by the magnetic and / or mechanical forming process described in the connection between the housing 10 and the ceramic base body 5 according to FIG. 2.
- This effect can also be increased if the ceramic base body 5 during the heating of the housing 10 is kept cool or cool.
- the temperature difference between the ceramic base body 5 and the housing 10 increases this increases, so that the tensile stresses formed after cooling of the housing 10 are further increased.
- the tensile stresses caused as a result of the heating of the housing 10 also lead to an increased heat-tightness of the sealing device, that is to say to an increased tightness when the sealing device is operated at high temperatures, as is the case, for example, with spark plugs, glow plugs or lambda probes.
- the housing 10 is advantageously heated to a temperature which is below the melting temperature of common corrosion protection layers, such as zinc, transparent chromating or corrosion protection lacquer. This has the advantage that the metallic housing 10 with the sealing device 1 prior to assembly
- Corrosion protection layer can be provided, which then does not melt when the housing 10 is heated to form the desired tensile stresses and is not destroyed thereby.
- Heating the metallic housing 10 to about 300 ° C. fulfills both the condition of forming the desired tensile stresses and this temperature is also below the melting temperature of all common corrosion protection layers.
- the gas tightness of the sealing device 1 formed by the described magnetic or mechanical forming process can also be increased by the ceramic base body 5 being at least partially soldered to the housing 10 in a third method step.
- This requires the use of a solder that covers both the metallic casing 10 and attacks the ceramic base body 5. This can be done with a silver solder, for example.
- the gas tightness is increased in particular by the fact that the ceramic base body 5 is soldered to the housing 10 in the region of the grooves 20, in the second step of the process using the magnetic and / or mechanical shaping method described and, if appropriate, the described warm installation, a seal between the ceramic base body 5 and the housing 10 was achieved.
- the number of grooves mentioned in the ceramic base body 5 can be chosen to be greater than or equal to 1 as desired.
- the ceramic base body 5 can be designed as an insulator of a spark plug and in this case is also referred to as a candle stone.
- the metallic housing 10 is then in this case a spark plug housing of the spark plug.
- the ceramic base body 5 can also be designed as a heating pin of a glow plug, the metallic housing 10 then being a candle housing of the glow plug.
- the ceramic base body 5 can also be designed as a base body of a lambda probe, the metallic housing 10 then being a housing of the lambda probe.
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Abstract
Description
AbdichtVorrichtung und Verfahren zur AbdichtungSealing device and method for sealing
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einer AbdichtVorrichtung und von einem Verfahren zur Abdichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus .The invention is based on a sealing device and a sealing method according to the type of the independent claims.
Um die Funktion beispielsweise einer Zündkerze zu gewährleisten, dürfen keine Motorgase zwischen einem Zündkerzengehäuse und einem Keramikisolator der Zündkerze entweichen. Der Keramikisolator muß derart dicht in das Zündkerzengehäuse montiert werden, das eine Gasdichtheit bis zu 20 bar bei einer Maximaltemperatur von 220°C gewährleistet ist.In order to ensure the function of a spark plug, for example, no engine gases may escape between a spark plug housing and a ceramic insulator of the spark plug. The ceramic insulator must be installed so tightly in the spark plug housing that gas tightness of up to 20 bar is guaranteed at a maximum temperature of 220 ° C.
Zu diesem Zweck ist beispielsweise die Warmmontage bekannt, bei der das Zündkerzengehäuse nach Einbringen des Keramikisolators im Bereich einer Schrumpfzone auf etwa 950°C erwärmt wird. Währenddessen wird durch anliegende Kräfte das Zündkerzengehäuse auf den Keramikisolator gedrückt. Bei Abkühlung der Schrumpfzone entstehen im Zündkerzengehäuse gegenüber dem Keramikisolator Zugspannungen. Anschließend werden die anliegenden Kräfte zurückgenommen. Der Keramikisolator wird auf diese Weise gasdicht gegenüber dem Zündkerzengehäuse abgedichtet. Ein weiteres Verfahren zur gasdichten Abdichtung des Keramikisolators gegenüber dem Zündkerzengehäuse wird durch ein Kaltmontageverfahren mit Pulverdichtung erreicht. Dabei wird der Keramikisolator zusammen mit einem feinen Keramikpulver unter Kraft in das Zündkerzengehäuse eingedrückt. Der obere Rand des Zündkerzengehäuses, über den der Keramikisolator in das Zündkerzengehäuse eingeführt wurde, wird dann mittels axialen Kräften in einem Bördelprozeß umgelegt, so dass das Zündkerzengehäuse auch an seinem oberen Rand beim Keramikisolator anliegt und diesen im Zündkerzengehäuse gasdicht abdichtend hält.For this purpose, hot assembly is known, for example, in which the spark plug housing is heated to approximately 950 ° C. in the region of a shrink zone after the ceramic insulator has been introduced. In the meantime, the spark plug housing is pressed onto the ceramic insulator by applied forces. When the shrink zone cools down, tensile stresses develop in the spark plug housing compared to the ceramic insulator. Then the applied forces are withdrawn. In this way, the ceramic insulator is sealed gas-tight against the spark plug housing. Another method for gas-tight sealing of the ceramic insulator from the spark plug housing is achieved by a cold assembly method with a powder seal. The ceramic insulator is pressed into the spark plug housing together with a fine ceramic powder. The upper edge of the spark plug housing, via which the ceramic insulator was introduced into the spark plug housing, is then flipped over in a flanging process by means of axial forces, so that the spark plug housing also abuts the ceramic insulator at its upper edge and keeps it gas-tight in the spark plug housing.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Abdichtvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Abdichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass der keramische Grundkörper an einer Außenwand mindestens eine umlaufende Rille aufweist, in deren Bereich das Gehäuse formschlüssig auf den keramischen Grundkörper aufgepreßt ist. Auf diese Weise ist eine Montage der Abdichtvorrichtung bei Raumtemperatur möglich. Dadurch lassen sich alle gängigen Korrosionsschutzschichten, wie beispielsweise Zink, transparente Chromatierung oder Korrosionsschutzlack vor der Montage der Abdichtvorrichtung auf das metallische Gehäuse aufbringen. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass der keramische Grundkörper im Bereich des oberen Randes des Gehäuses, über den der keramische Grundkörper in das Gehäuse eingeführt wird, eine Schulter aufweisen muß, wie dies beispielsweise bei Zündkerzen der Fall ist, um eine Bördelung des oberen Randes des Gehäuses aufzunehmen. Die gasdichte Abdichtung wird hingegen allein durch das Aufpressen des Gehäuses auf den keramischen Grundkörper im Bereich der mindestens einen Rille gewährleistet. Durch Verzicht auf die genannte Schulter kann der keramische Grundkörper mit einer geringeren Querschnittsfläche und damit einem geringeren Durchmesser realisiert werden. Dies ist vor allem für die Verwendung der AbdichtVorrichtung bei einer Zündkerze, einer Glühstiftkerze oder einer Lambda-Sonde von Vorteil, da auf diese Weise Bauraum im Zylinderkopf bzw. im Abgasstrang eingespart und somit für andere Bauteile, wie beispielsweise Einspritzventile oder Kühlkanäle zur Verfügung steht.The sealing device according to the invention and the sealing method according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the ceramic base body has at least one circumferential groove on an outer wall, in the area of which the housing is pressed onto the ceramic base body in a form-fitting manner. In this way, the sealing device can be installed at room temperature. As a result, all common corrosion protection layers, such as zinc, transparent chromate coating or corrosion protection lacquer, can be applied to the metallic housing before the sealing device is installed. Furthermore, it is not necessary for the ceramic base body to have a shoulder in the region of the upper edge of the housing, via which the ceramic base body is introduced into the housing, as is the case, for example, with spark plugs, in order to flare the upper edge of the Housing. The gas-tight seal, on the other hand, is ensured solely by pressing the housing onto the ceramic base body in the region of the at least one groove. By dispensing with the shoulder mentioned, the ceramic base body can be covered with a smaller cross-sectional area and thus a smaller diameter can be realized. This is particularly advantageous for the use of the sealing device in a spark plug, a glow plug or a lambda probe, since this saves installation space in the cylinder head or in the exhaust system and is therefore available for other components, such as injection valves or cooling channels.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der AbdichtVorrichtung und des Verfahrens zur Abdichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen möglich.Advantageous further developments and improvements of the sealing device and the method for sealing according to the independent claims are possible through the measures listed in the subclaims.
Vorteilhaft ist es, wenn der keramische Grundkörper mit dem Gehäuse zumindest teilweise verlötet ist. Auf diese Weise läßt sich die Gasdichtheit der AbdichtVorrichtung noch erhöhen .It is advantageous if the ceramic base body is at least partially soldered to the housing. In this way, the gas tightness of the sealing device can be increased.
Ein besonders einfaches Verfahren zur Abdichtung des keramischen Grundkörpers im metallischen Gehäuse ergibt sich, wenn der keramische Grundkörper im Rahmen eines mechanischen Umformverfahrens in einem ersten Schritt im Wesentlichen koaxial zum Gehäuse in das Gehäuse eingebracht wird und wenn im zweiten Schritt eine Reduktions- oder ein Abstreckring an einer Außengrenze des Gehäuses angesetzt und in radiale Richtung in mindestens eine Rille gedrückt wird, um das Gehäuse im Bereich der mindestens einen Rille auf dem keramischen Grundkörper abdichtend aufzupressen. Dieser Prozeß erfordert nur einen geringen Montage- und Werkzeugaufwand.A particularly simple method for sealing the ceramic base body in the metallic housing is obtained if the ceramic base body is introduced into the housing essentially coaxially to the housing in a mechanical forming process in a first step and if a reduction or an ironing ring is applied in the second step an outer limit of the housing and is pressed in the radial direction into at least one groove in order to press-fit the housing in the area of the at least one groove on the ceramic base body in a sealing manner. This process requires little assembly and tooling.
Vorteilhaft ist außerdem, wenn der Reduktions- oder Abstreckring auch tangential zur mindestens einen Rille gegen die Außenkante des Gehäuses gedrückt wird, während der keramische Grundkörper entgegen der tangentialen Kraft im Gehäuse gehalten wird. Auf diese Weise wird das Gehäuse im Bereich der mindestens einen Rille sowohl radial als auch tangential zur mindestens einen Rille gegen eine Begrenzungswand der Rille gedrückt, so dass sich eine höhere Gasdichtheit des erzielten Formschlusses zwischen Gehäuse und keramischem Grundkörper realisieren läßt.It is also advantageous if the reduction or ironing ring is also pressed tangentially to the at least one groove against the outer edge of the housing, while the ceramic base body is held in the housing against the tangential force. In this way, the housing in Area of the at least one groove pressed both radially and tangentially to the at least one groove against a boundary wall of the groove, so that a higher gas tightness of the positive connection achieved between the housing and the ceramic base body can be achieved.
Eine weitere Erhöhung der Gasdichtheit läßt sich auch dadurch realisieren, dass vor dem zweiten Schritt des formschlüssigen Aufpressens des Gehäuses auf den keramischen Grundkörper im Bereich der mindestens einen Rille das Gehäuse erwärmt wird, so dass es sich verlängert, und dass nach dem zweiten Schritt das Gehäuse abgekühlt wird, so dass es sich zusammenzieht und im Gehäuse gegenüber dem keramischen Grundkörper im Bereich der mindestens einen Rille Zugspannungen gebildet werden. Auch wird durch diese Maßnahme die Warmdichtheit der gebildeten Abdichtung zwischen dem keramischen Grundkörper und dem metallischen Gehäuse erhöht. Unter der Warmdichtheit versteht man dabei die Dichtheit, insbesondere die Gasdichtheit der Abdichtvorrichtung bei Erwärmung.A further increase in gas tightness can also be achieved by heating the housing in the region of the at least one groove before the second step of positively pressing the housing onto the ceramic base body, so that it lengthens, and that after the second step the housing is cooled so that it contracts and tensile stresses are formed in the housing relative to the ceramic base body in the region of the at least one groove. This measure also increases the heat tightness of the seal formed between the ceramic base body and the metallic housing. Warm tightness is understood to mean tightness, in particular the gas tightness of the sealing device when heated.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Gehäuse auf etwa 300°C erwärmt wird. Auf diese Weise lassen sich vor der Montage der AbdichtVorrichtung bzw. vor der Abdichtung des keramischen Grundkörpers in dem metallischen Gehäuse alle gängigen Korrosionsschutzschichten, wie beispielsweise Zink, transparente Chromatierung oder Korrosionsschutzlack aufbringen, ohne das diese Korrosionsschutzschichten durch die Erwärmung ihren Schmelzpunkt erreichen.Another advantage is that the housing is heated to around 300 ° C. In this way, all common corrosion protection layers, such as zinc, transparent chromating or corrosion protection lacquer, can be applied before the sealing device or the ceramic base body is sealed in the metallic housing, without these corrosion protection layers reaching their melting point due to the heating.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der keramische Grundkörper während der Erwärmung des Gehäuses gekühlt wird. Auf diese Weise wird der Temperaturunterschied zwischen dem Gehäuse und dem keramischen Grundkörper erhöht, so dass die sich nach dem Abkühlen des Gehäuses bildenden Zugspannungen im Gehäuse gegenüber dem keramischen Grundkörper im Bereich der mindestens einen Rille erhöht werden.Another advantage is that the ceramic base body is cooled during the heating of the housing. In this way, the temperature difference between the housing and the ceramic base body is increased, so that the tensile stresses that form after the housing has cooled be increased in the housing compared to the ceramic base body in the area of the at least one groove.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den für das erfindungsgemäße Verfahren zur Abdichtung wesentlichen Verfahrensschritt und Figur 2 die durch ein solches Verfahren gebildete erfindungsgemäße Abdichtvorrichtung .An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows the process step essential for the sealing method according to the invention and FIG. 2 shows the sealing device according to the invention formed by such a method.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In Figur 1 kennzeichnet 1 eine AbdichtVorrichtung, wie sie beispielsweise für eine Zündkerze, eine Glühstiftkerze oder eine Lambda-Sonde Verwendung finden kann. Im Falle der Zündkerze oder Glühstiftkerze wird die Abdichtvorrichtung in einem Motorraum, beispielsweise in einem Zylinderkopf eingesetzt, wohingegen sie im Falle einer Lambda-Sonde in einer Abgasleitung eingesetzt wird. Die Abdichtvorrichtung 1 umfaßt einen keramischen Grundkörper 5, der an einer Außenwand 15 mindestens eine umlaufende Rille 20 aufweist. Gemäß Figur 1 sind neun umlaufende Rillen 20 dargestellt. Figur 1 zeigt dabei die zu bildende AbdichtVorrichtung 1 in einem Längsschnitt. Die Rillen 20 sind dabei in Form von an der Außenwand 15 umlaufenden Einschnürungen realisiert, die die Querschnittsfläche bzw. den Durchmesser des Querschnitts des keramischen Grundkörpers 5 reduzieren. In einem ersten Verfahrensschritt bei der Montage der AbdichtVorrichtung 1 wird der keramische Grundkörper 5 in ein metallisches Gehäuse 10 längs einer Längsachse 45 des Gehäuses 10 eingeführt bzw. eingesetzt. Dabei weist der keramische Grundkörper 5 einen Dichtsitz 40 auf, mit dem er beim Einführen in das Gehäuse 10 zum Aufliegen auf einen im Inneren des Gehäuses 10 vorspringenden Dichtring 50 kommt. Der keramische Grundkörper 5 liegt nun im Wesentlichen koaxial zum Gehäuse 10 bezüglich der Längsachse 45 im Gehäuse 10 gemäß Figur 1. Dabei weist das Gehäuse 10 im Bereich einer untersten, dem Dichtsitz 40 zugewandten Rille 55 des keramischen Grundkörpers 5 eine umlaufende Außenkante 35 auf. An dieser Außenkante 35 wird in einem zweiten Verfahrensschritt ein Reduktions- oder Abstreckring 30 angesetzt. Der Innendurchmesser des Reduktions- oder Abstreckrings 30 verläuft dabei von einem Wert, der kleiner als der Durchmesser der Außenkante 35 ist, bis zu einem Werte, der größer als der Durchmesser der Außenkante 35 ist. Dabei soll für dieses Ausführungsbeispiel beispielhaft angenommen werden, dass der keramische Grundkörper 5 und das Gehäuse 10 im Wesentlichen rotationssymmetrisch angeordnet sind und im Wesentlichen einen kreisflächenförmigen bzw. kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. Wird nun der Reduktions- oder Abstreckring 30 mit seinem wie beschrieben variierenden Innendurchmesser an der Außenkante 35 angesetzt und durch eine Anpresskraft entgegen der Einschubrichtung des keramischen Grundträgers 5 gemäß der mit dem Bezugszeichen 55 gekennzeichneten Pfeilrichtung gegen die Außenkante 35 gedrückt, so wirken auf den keramischen Grundkörper 5 im Bereich der Rillen 20 radiale und tangentiale Kräfte. Die radialen Kräfte sind dabei zur Längsachse 45 und damit zu den Rillen 20 gerichtet und stehen somit senkrecht zur Pfeilrichtung 55. Die tangentialen Kräfte verlaufen tangential zu den Rillen 20 und damit in Pfeilrichtung 55. Bei diesem Vorgang wird der keramische Grundträger 5 in Einschubrichtung, die in Figur 1 durch das Bezugszeichen 60 gekennzeichnet ist und damit entgegen der Pfeilrichtung 55 verläuft, in das Gehäuse 10 hineingedrückt und im Bereich des Dichtrings 50 und des Dichtsitzes 40 im Gehäuse 10 gehalten. Die Außenkante 35 ist Teil einer Hervorhebung 65 an einer Außenwand 70 des Gehäuses 10. Die Hervorhebung 65 des Gehäuses 10 erstreckt sich dabei im Wesentlichen in dem Bereich, in dem der in das Gehäuse 10 eingesetzte keramische Grundkörper 5 die Rillen 20 aufweist. Der Reduktions- oder Abstreckring 30 wird dabei in der Pfeilrichtung 55 entgegen der Einschubrichtung 60 beginnend an der Außenkante 35 über die Hervorhebung 65 durch entsprechenden Druck verschoben, so dass das Gehäuse 10 im Bereich der Hervorhebung 65 und damit der Rillen 20 formschlüssig auf den keramischen Grundkörper 5 aufgepreßt wird. Aufgrund des wie beschriebenen variablen Innendurchmessers des Reduktions- oder Abstreckrings 30, der auch kleinere Werte als der Durchmesser der Außenkante 35 und damit der Hervorhebung 65 wie in Figur 1 dargestellt annimmt, wird die Hervorhebung 65 auf diesen kleinsten Innendurchmesser des Reduktions- oder Abstreckrings 30 reduziert. Dies ist in Figur 2 dargestellt, bei der anhand des Bezugszeichens 75 die so gebildete formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und dem keramischen Grundkörper 5 nach dem Aufpressen, verdeutlicht ist. Das Gehäuse 10 schmiegt sich dabei im Bereich der Rillen 20 zu einem gewissen Teil an die Begrenzungswände der Rillen 20 an. Bei geeignetem Druck durch den Reduktions- oder Abstreckring 30 beim Verschieben über die Hervorhebung 65 in der Pfeilrichtung 55 ist die gebildete Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und dem keramischen Grundkörper 5 im Bereich der Rillen 20 auch gasdicht, beispielsweise bis 20 bar. Das beschriebene Verfahren zum Aufpressen des Gehäuses 10 auf den keramischen Grundkörper 5 im Bereich der Rillen 20 ist ein mechanisches Umformverfahren.In FIG. 1, 1 denotes a sealing device, such as can be used for a spark plug, a glow plug or a lambda probe, for example. In the case of the spark plug or glow plug, the sealing device is used in an engine compartment, for example in a cylinder head, whereas in the case of a lambda probe it is used in an exhaust pipe. The sealing device 1 comprises a ceramic base body 5, which has at least one circumferential groove 20 on an outer wall 15. According to Figure 1, nine circumferential grooves 20 are shown. Figure 1 shows the sealing device 1 to be formed in a longitudinal section. The grooves 20 are realized in the form of circumferential constrictions on the outer wall 15, which reduce the cross-sectional area or the diameter of the cross-section of the ceramic base body 5. In a first method step in the assembly of the sealing device 1, the ceramic base body 5 is inserted or inserted into a metallic housing 10 along a longitudinal axis 45 of the housing 10. The ceramic base body 5 has a sealing seat 40, with which it comes to rest on a sealing ring 50 projecting inside the housing 10 when it is inserted into the housing 10. The ceramic base body 5 is now essentially coaxial with the housing 10 with respect to the longitudinal axis 45 in the housing 10 according to FIG. 1. The housing 10 has a circumferential outer edge 35 in the region of a lowermost groove 55 of the ceramic base body 5 facing the sealing seat 40. In a second method step, a reduction or ironing ring 30 is attached to this outer edge 35. The inner diameter of the reduction or ironing ring 30 extends from a value that is smaller than the diameter of the outer edge 35 to a value that is larger than the diameter of the outer edge 35. For this exemplary embodiment, it should be assumed, for example, that the ceramic base body 5 and the housing 10 are arranged essentially rotationally symmetrically and essentially have a circular cross-sectional or circular cross section. If the reduction or ironing ring 30 is placed on the outer edge 35 with its varying inside diameter as described and pressed against the outer edge 35 by a pressing force against the direction of insertion of the ceramic base support 5 in accordance with the direction of the arrow identified by reference numeral 55, then act on the ceramic base body 5 in the area of the grooves 20 radial and tangential forces. The radial forces are directed to the longitudinal axis 45 and thus to the grooves 20 and are thus perpendicular to the direction of the arrow 55. The tangential forces are tangent to the grooves 20 and thus in the direction of the arrow 55. During this process, the ceramic base support 5 is in the direction of insertion is identified in FIG. 1 by the reference symbol 60 and thus runs counter to the direction of arrow 55, pressed into the housing 10 and held in the housing 10 in the region of the sealing ring 50 and the sealing seat 40. The outer edge 35 is part of a highlight 65 on an outer wall 70 of the housing 10. The highlight 65 of the housing 10 extends essentially in the area in which the ceramic base body 5 inserted into the housing 10 has the grooves 20. The reduction or ironing ring 30 is displaced in the direction of arrow 55 against the insertion direction 60 starting at the outer edge 35 via the highlight 65 by means of corresponding pressure, so that the housing 10 in the area of the highlight 65 and thus the grooves 20 form-fit onto the ceramic base body 5 is pressed on. Due to the variable inner diameter of the reduction or ironing ring 30 as described, which also assumes smaller values than the diameter of the outer edge 35 and thus the highlight 65 as shown in FIG. 1, the highlight 65 is reduced to this smallest inner diameter of the reduction or ironing ring 30 , This is shown in FIG. 2, in which the positive connection formed in this way between the housing 10 and the ceramic base body 5 after the pressing is illustrated by reference numeral 75. The housing 10 nestles to a certain extent in the area of the grooves 20 against the boundary walls of the grooves 20. At a suitable pressure by the reduction or ironing ring 30 when moving over the highlight 65 in the direction of arrow 55, the connection formed between the housing 10 and the ceramic base body 5 in the region of the grooves 20 is also gas-tight, for example up to 20 bar. The described method for pressing the housing 10 onto the ceramic base body 5 in the area of the grooves 20 is a mechanical forming process.
Alternativ zu den beschriebenen mechanischen Umformverfahren kann es auch vorgesehen sein, beispielsweise mittels einer Rundzange oder einer Presse das Gehäuse 10 an der Hervorhebung 65 in radialer Richtung zur Längsachse 45 und damit zu den Rillen 20 hin zusammenzudrücken, um das Gehäuse 10 im Bereich der Rillen 20 auf dem keramischen Grundkörper 5 aufzupressen. Eine tangentiale Kraft, wie sie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 durch die Pfeilrichtung 55 dargestellt ist, wird in dieser alternativen Ausführungsform dann nicht aufgebracht. Bei entsprechendem radialen Druck läßt sich aber ebenfalls eine entsprechend gasdichte Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und dem keramischen Grundkörper 5 im Bereich der Rillen 20 realisieren, wobei wiederum wie in Figur 2 dargestellt das Gehäuse 10 an einen Teil der Begrenzungswände der Rillen 20 angeschmiegt ist.As an alternative to the mechanical forming processes described, provision can also be made for, for example, using a pair of pliers or a press to press the housing 10 at the highlight 65 in the radial direction toward the longitudinal axis 45 and thus towards the grooves 20 in order to press the housing 10 in the region of the grooves 20 to press on the ceramic base body 5. A tangential force like that of The embodiment according to FIG. 1 is shown by the direction of arrow 55, is then not applied in this alternative embodiment. With a corresponding radial pressure, however, a correspondingly gas-tight connection between the housing 10 and the ceramic base body 5 can also be realized in the region of the grooves 20, the housing 10 again being nestled against part of the boundary walls of the grooves 20, as shown in FIG.
Die beschriebenen radialen und/oder tangentialen Kräfte können alternativ oder zusätzlich auch durch ein magnetisches Umformverfahren realisiert werden, bei dem in kurzer Zeit ein entsprechend starkes Magnetfeld im Bereich der Hervorhebung 65 gebildet wird, so dass das Gehäuse 10 in der beschriebenen Weise auf den keramischen Grundkörper 5 aufgepreßt wird.The radial and / or tangential forces described can alternatively or additionally also be realized by a magnetic shaping method in which a correspondingly strong magnetic field is formed in the region of the highlight 65 in a short time, so that the housing 10 is applied to the ceramic base body in the manner described 5 is pressed on.
Es kann nun zusätzlich vorgesehen sein, das Gehäuse 10 vor dem zweiten Verfahrensschritt besonders im Bereich der Hervorhebung 65 zu erwärmen. Dadurch wird das Gehäuse 10 im Bereich der Hervorhebung 65 in Richtung der Längsachse 45 verlängert. Die Erwärmung des Gehäuses 10 kann dabei vor oder nach dem Einführen des keramischen Grundkörpers 5 in das Gehäuse 10 erfolgen. Wenn das Gehäuse 10 dann nach dem zweiten Verfahrensschritt wieder abgekühlt wird, so zieht es sich im Bereich der Hervorhebung 65 zusammen, so dass im Gehäuse 10 gegenüber dem keramischen Grundkörper 5 im Bereich der Rillen 20 Zugspannungen gebildet werden. Diese Zugspannungen erhöhen die durch das beschriebene magnetische und/oder mechanische Umformverfahren gebildete Gasdichtheit in der Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und dem keramischen Grundkörper 5 gemäß Figur 2. Dieser Effekt kann auch dadurch verstärkt werden, wenn der keramische Grundkörper 5 während der Erwärmung des Gehäuses 10 gekühlt oder kühl gehalten wird. Die Temperaturdifferenz zwischen dem keramischen Grundkörper 5 und dem Gehäuse 10 wird auf diese Weise erhöht, so dass die nach Abkühlung des Gehäuses 10 gebildeten Zugspannungen noch erhöht werden. Die in Folge der Erwärmung des Gehäuses 10 bewirkten Zugspannungen führen auch zu einer erhöhten Warmdichtheit der Abdichtvorrichtung, also zu einer erhöhten Dichtheit beim Betrieb der Abdichtvorrichtung bei hohen Temperaturen, wie dies beispielsweise bei Zündkerzen, Glühstiftkerzen oder Lambda- Sonden der Fall ist.It can now additionally be provided to heat the housing 10 before the second method step, particularly in the area of the highlight 65. As a result, the housing 10 is extended in the region of the highlight 65 in the direction of the longitudinal axis 45. The housing 10 can be heated before or after the insertion of the ceramic base body 5 into the housing 10. If the housing 10 is then cooled again after the second method step, it contracts in the area of the highlighting 65, so that 20 tensile stresses are formed in the housing 10 relative to the ceramic base body 5 in the area of the grooves. These tensile stresses increase the gas tightness formed by the magnetic and / or mechanical forming process described in the connection between the housing 10 and the ceramic base body 5 according to FIG. 2. This effect can also be increased if the ceramic base body 5 during the heating of the housing 10 is kept cool or cool. The temperature difference between the ceramic base body 5 and the housing 10 increases this increases, so that the tensile stresses formed after cooling of the housing 10 are further increased. The tensile stresses caused as a result of the heating of the housing 10 also lead to an increased heat-tightness of the sealing device, that is to say to an increased tightness when the sealing device is operated at high temperatures, as is the case, for example, with spark plugs, glow plugs or lambda probes.
Vorteilhafterweise wird das Gehäuse 10 für die Bildung der gewünschten Zugspannungen auf eine Temperatur erwärmt, die unter der Schmelztemperatur von gängigen Korrosionsschutzschichten, wie beispielsweise Zink, transparenter Chromatierung oder Korrosionsschutzlack liegen. Dadurch wird der Vorteil bewirkt, dass das metallische Gehäuse 10 vor der Montage der Abdichtvorrichtung 1 mit einer solchenFor the formation of the desired tensile stresses, the housing 10 is advantageously heated to a temperature which is below the melting temperature of common corrosion protection layers, such as zinc, transparent chromating or corrosion protection lacquer. This has the advantage that the metallic housing 10 with the sealing device 1 prior to assembly
Korrosionsschutzschicht versehen werden kann, die dann bei der Erwärmung des Gehäuses 10 zur Bildung der gewünschten Zugspannungen nicht zum Schmelzen kommt und dadurch nicht zerstört wird. Eine Erwärmung des metallischen Gehäuses 10 auf etwa 300°C erfüllt dabei sowohl die Bedingung, die gewünschten Zugspannungen zu bilden, als diese Temperatur auch unter der Schmelztemperatur sämtlicher gängiger Korrosionsschutzschichten liegt.Corrosion protection layer can be provided, which then does not melt when the housing 10 is heated to form the desired tensile stresses and is not destroyed thereby. Heating the metallic housing 10 to about 300 ° C. fulfills both the condition of forming the desired tensile stresses and this temperature is also below the melting temperature of all common corrosion protection layers.
Der beschriebene Erwärmungsvorgang wird im Folgenden als Halbwarmmontage bezeichnet.The heating process described is referred to below as semi-warm assembly.
Alternativ oder zusätzlich zur Halbwarmmontage kann die Gasdichtheit der durch das beschriebene magnetische oder mechanische Umformverfahren gebildeten Abdichtvorrichtung 1 auch dadurch erhöht werden, dass der keramische Grundkörper 5 in einem dritten Verfahrensschritt mit dem Gehäuse 10 zumindest teilweise verlötet wird. Dazu ist die Verwendung eines Lotes erforderlich, das sowohl das metallische Gehäuse 10 als auch den keramischen Grundkörper 5 angreift. Dies kann beispielsweise ein Silberlot leisten. Die Gasdichtheit wird dabei insbesondere dadurch erhöht, dass der keramische Grundkörper 5 mit dem Gehäuse 10 im Bereich der Rillen 20 verlötet wird, in dem bereits im zweiten Verfahrensschritt durch das beschriebene magnetische und/oder mechanische Umformverfahren und gegebenenfalls durch die beschriebene Halbwarmmontage eine Abdichtung zwischen dem keramischen Grundkörper 5 und dem Gehäuse 10 erzielt wurde.As an alternative or in addition to the semi-hot assembly, the gas tightness of the sealing device 1 formed by the described magnetic or mechanical forming process can also be increased by the ceramic base body 5 being at least partially soldered to the housing 10 in a third method step. This requires the use of a solder that covers both the metallic casing 10 and attacks the ceramic base body 5. This can be done with a silver solder, for example. The gas tightness is increased in particular by the fact that the ceramic base body 5 is soldered to the housing 10 in the region of the grooves 20, in the second step of the process using the magnetic and / or mechanical shaping method described and, if appropriate, the described warm installation, a seal between the ceramic base body 5 and the housing 10 was achieved.
Die Zahl der im keramischen Grundkörper 5 erwähnten Rillen kann beliebig größer oder gleich 1 gewählt werden.The number of grooves mentioned in the ceramic base body 5 can be chosen to be greater than or equal to 1 as desired.
Der keramische Grundkörper 5 kann als Isolator einer Zündkerze ausgebildet sein und wird in diesem Fall auch als Kerzenstein bezeichnet. Das metallische Gehäuse 10 ist dann in diesem Fall ein Kerzengehäuse der Zündkerze.The ceramic base body 5 can be designed as an insulator of a spark plug and in this case is also referred to as a candle stone. The metallic housing 10 is then in this case a spark plug housing of the spark plug.
Der keramische Grundkörper 5 kann alternativ aber auch als Heizstift einer Glühstiftkerze ausgebildet sein, wobei das metallische Gehäuse 10 dann ein Kerzengehäuse der Glühstiftkerze ist.Alternatively, the ceramic base body 5 can also be designed as a heating pin of a glow plug, the metallic housing 10 then being a candle housing of the glow plug.
Der keramische Grundkörper 5 kann alternativ aber auch als Grundkörper einer Lambda-Sonde ausgebildet sein, wobei das metallische Gehäuse 10 dann ein Gehäuse der Lambda-Sonde ist. Alternatively, the ceramic base body 5 can also be designed as a base body of a lambda probe, the metallic housing 10 then being a housing of the lambda probe.
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